Конструктивные элементы редуктора

    Выпуск привода мелкосерийный, способ получения заготовок корпуса и крышки редуктора – сварка. Материал – сталь Ст3 ГОСТ 380–94.

    В таблице 1.10 приведены размеры основных элементов редуктора, которые необходимы для компоновки цепной передачи и использованы на чертежах, по рекомендациям [4]*.

Таблица 1.10 – Размеры элементов редуктора

Наименование размера	Обоз-наче- ние	Формула	Величина, мм					Приме-чание
			расчетная			принято
1 Толщина стенки
– литого корпуса	d	1,2(T T)^0,25 ³ 6	5,4				6	[4, c.257]
– литой крышк	d1	0,9d ³ 6	4,9				6 ^1)
– сварного корпуса	dС	0,8d	4,35				5
– сварной крышки	dС1	0,8d1	3,5				5 ^1)
2 Толщины:
– фланца корпуса	S	1,5dC	6,53				7
– фланца крышки	S 1	1,5dC1	5,25				6
– опорных лап	S 3	2,35dC	10.22				10
– ребер жесткости	S 4	(0,9...1)dC1	3,33				4
3 Компоновочный размер	L	aW + 0,5(da 2Б + + da 2Т)	393,7				394	[4, c. 46]
Зазоры: между колесами и стенкой:   – по диаметрам и торцам	а	L ^1/3 + 3 рис. 1.3, а	10,33				10	[4, c. 45]
– между da 2Б ^2) и дном	b 0	³ (3…4) а	31…41				35	[4, c. 45]
4 Выступы валов за внешнюю плос- кость крышки редуктора	l	(0,6...0,8) a	6,2… 8,3				7	[4, c. 50]
5 Предварительно монтажная высота подшипников В ^3), мм, валов:   – входного (ПК 7205А)   – выходного (ПК 7209А) Расстояние между зубчатыми ко- лесами z 1Б и z 2Т	В 1 В 2   l 3	рис. 1.3, б     3 a + B 1 + B 2	16,5 21   68					[4, c. 422]     (рис. 1.3, б)
6 Диаметры винтов крепления ^4):
– крышки редуктора к корпусу	d 1	1,25 T T^1/3³ 10	9,4	10				[4, c.264]
– лапы к раме	d 2	1,25 d 1	11,8	12
– число винтов d 2	z	при   aw T £ 315 мм	4					aw T  = = 150
– крышки смотрового люка	d 4	(0,5...0,6) d 1  ³ 6	5…6	6
7 Диаметр штифтов	d Ш	(0,7...0,8) d 1	6,6…7,5	8				[4, c. 266]
* Хотя подраздел 1.5 должен относиться к "Эскизному проекту", здесь он приведен полностью, так как его некоторые элементы необходимы для расчета цепной передачи.
Окончание таблицы 1.10
Наименование размера	Обоз-наче- ние	Формула	Величина, мм					Приме-чание
			расчетная		принято
8 Ширина: – фланца корпуса и								[4,
бобышек подшипников	К 1	³ 2,1 d 1 + k ^5)	26	28				c. 264]
– опрной лапы	К 2	(2,3...2,5) d 0 + k	35…37,5	36				d 0 =13
9 Расстояние от края до оси винтов:                – d 1                – d 2	C 1 C 2	1,05 d 1 (1,1..1,2) d 0	9,9 14,3… 16	10   16				[4, c. 264] [4, c. 268]
10 Высота центров	h	0,5 da 2Б + b 0 + + dС + S 3	174,5	175 ^6)				h ³ aW
Примечания. ^1) Принято d = d1 и dС = dС1 в целях унификации толщин листов заготовок. ^2) Так как d а 2Б > d а 2Т. ^3) Типоразмер подшипников выбран ориентировочно ближайшим большим к диаметру вала. В дальнейшем уточняется. ^4) Крышки подшипниковых узлов закладные.  ^5) Для винтов с круглыми головками с учетом катета сварного шва k = 5 мм; d 0 = 13 мм – отверстие под болт М12. ^6) При округлении h = 175 мм размер b 0 стал равен 35,5 мм.										7,1

 

Расчет цепной передачи

 

1.6.1 Исходные данные

Момент на ведущей звездочке Т ₁ = 423,5 Н∙м; частота вращения ведущей звездочки n ₁ = 88,2 мин^-1; передаточное число цепной передачи u = 1,54.

Компоновка передачи

По заданию (рисунок 1.4) высота Н = 650 мм, диаметр барабана D = 400 мм. Габариты двигателя d ₃₀ = 240 мм, h ₃₁ = 247 мм. Ориентировочно высота редуктора h _ред (без высот крышки люка и отдушины – на компоновку цепной передачи не влияют) в соответствии с рисунком 1.4 и таблицей 1.10: h _ред = h + 0,5 d _{а 2Б} +

+ a + δ_C1 = 175 + 0,5∙249,07 + 10 + 5 = 314,5 ≈ 315 мм.  

 

    Ширина лапы редуктора (рисунок 1.5)   b _л = 60 мм. Лапы установлены на раму, сваренную из швеллеров, при условии ширины полки швеллера b _ш ≥ b _л. Отсюда принимаем [4, c. 441] швеллер № 16:   b _ш = 64 мм, h _ш = 160 мм,   s _ш =

= 5 мм, t _ш = 8,4 мм.

    Размер (рисунок 1.4) h ₂ = h _ред + h _ш = 315 + 160 = 475 мм больше, чем h ₁ =

= H – 0,5 D = 650 – 0,5∙400 = 450 мм на величину δ _у = 25 мм. Это значит, что между корпусом редуктора 4 и барабаном 5 конвейера следует обеспечить зазор δ _х. Принимаем δ _х = 50 мм.

    Проекции межосевого расстояния цепной передачи на оси х и у:   а _х = 0,5 D +

+ δ _x + l, где l в соответствии с рисунком 1.3 и таблицей 1.10: l =  0,5 d _{а 2Т} + a + δ_C +

+ К ₁  =  0,5∙238,33 + 10 + 5 + 28  ≈ 162,2 мм.  Проекция а _х  =  0,5∙400 + 50 + 162,2 =

= 412,2 мм. Принимаем а _х = 415 мм за счет увеличения δ _х до 52,8 мм. Вертикальная проекция   а _y =   H – (h + h _ш) = 650 – (175 + 160) = 315 мм.

    Ограничения по вписанию диаметров вершин зубьев звездочек в габариты редуктора и барабана: D _{e 1} £ h _ред = 315 мм; D _{e 2} £ D = 400 мм.   

    1.6.3 Расчет передачи

    1 Минимальное межосевое расстояние a _min по условиям компонови: a _min =

= (а _х ² + а _y ²)^1/2 = (415² + 315²)^1/2 = 521 мм.

    2 Минимально допустимый диаметр вершин малой звездочки D _{e 1min} [5, c. 6]:

D _{e 1min} = 280[ P ₁ / (n ₁²)^1/3]^1/3, где Р ₁ = Т ₁ n ₁ / 9550 = 423,5∙88,2 / 9550 = 3,91 кВт – передаваемая мощность;   D _{e 1min} = 280[3,91 / (88,2²)^1/3]^1/3 = 163 мм. 

    Наибольший диаметр D _{e 1max} в зависимости от а и u [5, c. 6]:   D _{e 1max} = 1,66 а /

/ (u + 1) = 1,66∙521 / (1,54 + 1) = 340,5 > h _ред = 315 мм.

    Для увеличения надежности и долговечности передачи рекомендуют

D _{e 1} ≥ 1,15 D _{e 1min} = 1,15∙163 = 187,5 мм; принимаем D _{e 1} = 188 мм,  что меньше   h _ред = 315 мм.  Тогда ориентировочно D _{e 2} = uD _{e 1} = 1,54∙188 = 289,5 мм; принимаем D _{e 2}  = 290 мм < D = 400 мм.

    3 Цепь приводная роликовая – тип ПР.

    Шаг цепи из условия износостойкости шарниров [5, c. 6]

                                 Р ′ = 28[ T ₁ K _Э / (z ₁ m _p[ p ]₀]^1/3,                            (1.16) где К _Э = К _д К _а К _н К _рег К _см К _реж К _Т – коэффициент эксплуатации [5, c. 5], 

здесь К _д – коэффициент динамичности нагрузки: нагрузка равномерная (ленточный конвейер) К _д = 1; К _а – коэффициент длины цепи: при а = (25…50) Р

К _а = 1;   К _н – коэффициент угла ψ наклона передачи к горизонту:  ψ  = arctg(a _y / a _x) =

 = arctg(315 / 415) = 37,2⁰ < 45⁰, поэтому К _н= 1; К _рег – коэффициент регулирования: при регулировании перемещением оси ведущей звездочки К _рег = 1; К _см – коэффициент способа смазки: при периодическом смазывании К _см = 1,5; К _реж – коэффициент режима работы К _реж = S ^1/3, где S – число смен работы в сутки: при S = 1 К _реж = 1; К _Т – температурный коэффициент: при t ⁰ < 150⁰ С К _Т =1;

                                 К _Э = 1∙1∙1∙1∙1,5∙1∙1 = 1,5 < [2…3];

  z ₁ – число зубьев ведущей звездочки: предварительно рекомендуется принимать [5, c. 5] z _1min = 29 – 2 u ≥ 13, т.е. z _1min = 29 – 2∙1,54 ≈ 26;

  m _р – коэффициент рядности цепи [5, c. 6]: при числе рядов цепи r = 1 m _р =

= 1,   r = 2 m _р = 1,7,   r = 3 m _р = 2,5;            

  [ p ]₀ – допускаемое давление в шарнирах [5, c. 7]. Ориентируясь на интервал шагов Р = 12,7…38,1 мм и n ₁ = 88,2 мин^-1, принимаем [ p ]₀ = 33 МПа.

    Результаты расчета шага Р цепи по формуле (1.16) и основных параметров передачи для трех вариантов Р даны в таблице 1.11.

       Таблица 1.11 – Параметры цепной передачи

Параметры	Формула	Число рядов цепи r				Примечание
		1	2	3
1. Шаг цепи Р ′, мм;                   Р, мм	(1.16) округление	25,3 25,4	21,2 25,4	18,66 19,05		ГОСТ 13568-97
2. Уточнение чисел зубьев z 1min	9 + 0,2 Р	14	14	13		[5, c.5]
z 1′	22∙10^3 Т 1 К Э / / (Р ^3 m p[ p ]0) ≥ z 1min	25,8	14,9	24,5
z 1	округление *	25	15	25
z 2′	u ′ z 1	38,5	23,1	38,5		u ′ = 1,54
z 2	округление	39	23	39
3. Фактическое переда- точное число u	z 2 / z 1	1,56	1,53	1,56
4. Диаметр делительной окружности d д1, мм	P / sin(180^0/ z 1)	202,66	122,17	151,99		[5, c. 8]
d д2, мм	P / sin(180^0/ z 2)	316,15	186,92	237,1
5. Диаметр окружности вершин зубьев D e 1, мм	Р [0,5 + ctg(180^0 /   z 1)]	213,8	132,2	159,9		[5, c. 8]
Окончание таблицы 1.11
Параметры	Формула	Число рядов цепи r					Примечание
		1	2	3
Диаметр окружности вершин зубьев D e 2, мм	Р [0,5 + ctg(180^0 /   z 2)]	327,3	197,5	245,5
Проверка ограничений	D e 1 / h ред	0,68	0,42	0,51			< 1
	D e 2 / D	0,82	0,49	0,61			< 1
6. Межосевое расстоя- ние, мм: минимальное    а min	0,6 D e 1(u + 1)	328	201	246
максимальное а max	80 Р	2032			1534
оптимальное а opt	(25…50) Р	635…1270			476…952
Примечание – * Выбрано нечетное z 1 для равномерного износа шарниров цепи и зубьев звездочек.

    4 Из сравнения вариантов следует:

    а) для всех трех вариантов условия ограничения размеров звездочек по вписанию в габариты сборочных единиц привода выполняются;

    б) только в первом варианте диаметры D _{e 1} = 213,8 мм и D _{e 2}  = 327,3 мм больше ориентировочно принятых (п. 2) по условиям надежности и долговечности передачи минимальных диаметров D _{e 1} = 188 мм и D _{e 2}  = 290 мм, а также в первом варианте z _1min = 25, что почти соответствует рекомендуемому z _1min = 26;

    в) кроме указанных преимуществ, в первом варианте однорядная цепь.

    Исходя из этого, выбираем первый вариант расчета:

. ЦЕПЬ ПР – 25,4 – 60 ГОСТ 13568-97.

    5 Принимая из условия оптимальности межосевого расстояния отношение а_Р = а / Р = 30, будем иметь а = 30∙25,4 = 762 мм, что больше а _min = 328 мм и меньше а _max =2032 мм.

    Число звеньев цепи [5, c. 8] W ′ = 2 a_P + 0,5 z _c + D²/ a_P,  где z _c = z ₁ + z ₂ = 25 +

+ 39 = 64; D = (z ₂ – z ₁) / (2π) = (39 – 25) / (2π) = 2,23. Тогда W ′ = 2∙30 + 0,5∙64 + + 2,23² / 30 = 92,17; принимаем W = 92.

    Длина цепи L = WP = 92∙25,4 = 2337 мм.

Фактическое  межосевое  расстояние  [5, c. 9]    a  =  0.25 P {(W – 0,5 z _c) + [(W –

– 0,5 z _c)² – 8D²]^1/2} = 0,25∙25,4{(92 – 0,5∙64) + [(92 – 0,5∙64)² – 8∙2,23²]^1/2} = 760 мм. Уменьшение   а на провисание цепи для нормальной работы D а  = (0,002…0,004) а =

= 1,52…3,04 мм; принимаем D а = 2 мм. Тогда окончательно межосевое расстояние а _ц = а – D а = 758 мм.

    В соответствии с рисунком 1.4 проекция а _y – const и а _ц должно быть увеличено за счет изменения горизонтальной проекции а _х  = (а _ц² – а _y ²)^1/2  = (758² –

– 315²)^1/2 = 689 мм. Первоначально принятое расстояние между редуктором и приводным барабаном δ _х = 52,8 мм должно быть увеличено до δ _х = 326,8 ≈ 327 мм, т.е. на 274 мм. По условиям размещения привода в данной задаче это ограничение не оговаривается, следовательно, допустимо.

Подбор муфты

 

    Муфта в приводе соединяет конец входного вала (d = 24 мм) редуктора с концом вала электродвигателя (d ₁ = 24 мм, l ₁ = 50 мм).

    Расчетный момент, передаваемый муфтой,  [6, c. 4] T _p = kТ _ном,  где Т _ном =

= Т ₁ = 28,7 Н∙м; k = 1,25 – коэффициент режима работы (ленточный конвейер, одна смена); Т _р = 1,25∙28,7 = 36 Н∙м.

    Ориентируясь на муфту с упругим элементом, по каталогу [6, c. 29] из условия [ T ] ≥ Т _р, где [ T ] – момент по паспорту муфты, для d = 24 мм выбираем муфту со звездочкой:

МУФТА УПРУГАЯ СО ЗВЕЗДОЧКОЙ 63 – 24 – 2 У3 ГОСТ Р 50894-96.

При [ T ] = 63 мм, d _м = 24 мм, исполнении 2 (короткий цилиндрический конец вала) муфта имеет размеры L = 100 мм, D = 85 мм, l = 36 мм;допустимая частота вращения n _max = 3500 мин^-1.

 

2 ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ

 

Основные параметры привода

        

1 Основные параметры редуктора, необходимые для дальнейших расчетов, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Параметры редуктора

Cтупень	aW	bW	m n	β	z 1	z 2	u	u ред	d 1	d 2	d a 1	d f 1
Б.ст.	150	24	2	18^047′50′′	26	116	4,46	15,61	54.93	245,07	58,93	49,93
Т.ст.		48	2,5	12^050′20′′		91	3,5		66,67	233,33	71,67	60,42

    2 Общее передаточное число привода

                                 u ₀ = u _ред u _цп = 15,61∙1,56 = 24,35.

    Отклонение D u ₀ от u ₀¢ = 24,6 (таблица 1.3) D u ₀ = 100(24,6 – 24,35) / 24,6 =

= 1,02 % < [±4%] – в пределах допуска.

    3  Уточнение n _i и T _j по формулам (1.4) и (1.5):

Вал (рисунок 1.2)	I	II	III	IV	V
n i, мин^-1	1410	1410	316,1	90,3	57,9
T j, Н×м	29	28,7	123,5	418	600

    Скорости редуктора v _1Б = π d _1Б n ₂ / (6∙10⁴) = 4,05 м/c; v _1Т = π d _1Т n ₃ / (6∙10⁴) = = 1,1 м/с.

    4 Диаметры валов редуктора, мм:

под зубчатыми колесами	d Б = d f 1 = 49,93* и 30**	d П = d f 2 = 60,42* и 35**	d Т = 40
под подшипниками качения	d БП = 25	d ПП = 35	d ТП = 45
Примечание – * Под зубьями шестерен; **свободная от передачи часть.

    Диаметр вала приводного барабана d = 45 мм.